Comenzamos con la introducción del flujo del campo eléctrico a través de una superficie y la presentación de la ley de Gauss, que se deduce de la ley de Coulomb y es una de las cuatro ecuaciones de Maxwell del Electromagnetismo. Esta ley proporciona un método práctico para el cálculo del campo eléctrico correspondiente a distribuciones de carga sencillas que posean una cierta simetría (esferas, cilindros, líneas, planos, etc.), haciendo uso del concepto matemático de superficie gaussiana, la cual es una superficie matemática cerrada imaginaria que debe contener al punto en el que queremos calcular el campo eléctrico y ser consistente con la geometría de la distribución de cargas considerada. Se calcula mediante esta ley el campo creado por una plano, una línea infinita, una esfera hueca, una esfera maciza o un cilindro muy largo, y además también se considerará que la carga puede o no estar uniformemente distribuida lo que implicará que la densidad de carga será o no constante, respectivamente.
Seguidamente se estudian los conductores en equilibrio electrostático y haciendo uso de la ley de Gauss se obtienen distintas propiedades de los mismos y se muestra como el potencial eléctrico es constante en todos los puntos de un conductor en equilibrio electrostático y, por tanto, que su superficie es una superficie equipotencial. De especial interés resulta el estudio del comportamiento de un conductor cuando se sitúa en un campo eléctrico externo, el poder de las puntas (campo eléctrico más intenso cerca de los puntos del conductor de menor radio de curvatura, como en los bordes o zonas puntiagudas) o el concepto de ruptura dieléctrica, es decir, el fenómeno por el cual muchos materiales no conductores se ionizan en campos eléctricos muy altos y se convierten en conductores.
En la última parte del tema se analiza la capacidad, los condensadores y los dieléctricos, y se lleva a cabo un análisis de las propiedades eléctricas de la materia desde los puntos de vista microscópico y macroscópico. Se estudia la capacidad de un condensador, dispositivo útil para almacenar carga y energía, y distintos tipos de condensadores como el de láminas planoparalelas, el cilíndrico y el esférico. Se analiza el almacenamiento de energía que se produce durante la carga de un condensador y se introduce el concepto de densidad de energía de un campo electrostático. La energía almacenada en un campo eléctrico es igual a la que se necesita para establecer el campo. Otras cuestiones a estudiar son la asociación de condensadores y las variaciones en la capacidad, el campo, el potencial y la carga eléctrica de un condensador cuando se introduce entre sus láminas un material dieléctrico, dependiendo si el condensador está aislado o no. Finalmente se estudian los dieléctricos desde un punto de vista microscópico y la variación de la capacidad de un condensador cuando se introduce un dieléctrico entre sus armaduras.
Pingback: Fundamentos Físicos de la Ingeniería » Electricidad+Magnetismo = Electromagnetismo